AMT在貴陽軌道交通二號(hào)線某隧道勘探中的應(yīng)用

徐鴻

摘要：AMT是一種天然源頻率域測(cè)深方法，勘探深度適中、分辨率高、工效高成本低廉，在工程物探中是一種行之有效的方法。通過對(duì)AMT法的原理、資料處理、二維反演解釋的介紹，結(jié)合在貴陽軌道交通二號(hào)線某隧道的勘查效果，預(yù)測(cè)隧道斷裂構(gòu)造和巖溶的發(fā)育情況，為后續(xù)的施工提供了可靠的技術(shù)支持和工程保障。

關(guān)鍵詞：AMT；隧道勘探；二維反演

1.引言

“貴陽市軌道交通2號(hào)線二期工程富源北站—森林公園站區(qū)間”場(chǎng)地存在斷裂、巖溶等不良地質(zhì)現(xiàn)象。因不良地質(zhì)體的規(guī)模尺度，空間位置尚不明晰，存在安全隱患，為了避免施工風(fēng)險(xiǎn)和預(yù)防施工過程中可能出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害，采用AMT（音頻大地電磁法）對(duì)該段斷裂構(gòu)造和巖溶的發(fā)育情況進(jìn)行勘測(cè)，為后續(xù)的施工提供了可靠的技術(shù)支持和工程保障。

2.地質(zhì)及地球物理特征

2.1地質(zhì)特征

勘查區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔中腹地貴陽復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)，具體位置為貴陽向斜軸部北端東側(cè)，地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜。

工作區(qū)巖性特征由第四系覆蓋層和基巖組成?；鶐r由老到新為石炭系下統(tǒng)黃龍擺佐（C₁h+b）、二疊系下統(tǒng)梁山組（P₁l）、二疊系下統(tǒng)棲霞組（P₁q）、二疊系下統(tǒng)茅口組（P₁m）、二疊系中統(tǒng)龍?zhí)督M第一段（P₂lt1）、二疊系中統(tǒng)龍?zhí)督M第二段（P₂dt2）、二疊系中統(tǒng)龍?zhí)督M第三段（P₂lt3）、三疊系下統(tǒng)大冶組（T₁d）、三疊系下統(tǒng)安順組（T₁a），共計(jì)9個(gè)地質(zhì)單元?，F(xiàn)按由老至新分述如下：

（1）石炭系下統(tǒng)黃龍擺佐組（C₁h+b）：為深灰、灰色中厚一厚層塊狀粉晶白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r。

（2）二疊系下統(tǒng)梁山組（P₁1）：為褐黃、灰黃色薄到中厚層粉砂質(zhì)粘土巖、粘土巖、局部夾灰黃色中厚層細(xì)砂巖。

（3）二疊系下統(tǒng)棲霞組（P₁q）：為灰色、深灰色中厚—厚層塊狀細(xì)一中晶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，常發(fā)育泥質(zhì)條帶和白云質(zhì)斑塊。

（4）二疊系下統(tǒng)茅口組（P₁m）：為灰白色、白色中厚—厚層塊狀細(xì)一中晶白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、底部為深灰色中厚—厚層塊狀粉晶灰?guī)r。

（5）二疊系中統(tǒng)龍?zhí)督M第一段（P₂lt1）：為褐黃、灰黃色薄到中厚層粉砂質(zhì)粘土巖、頁巖、細(xì)砂巖。

（6）二疊系中統(tǒng)龍?zhí)督M第二段（P₂lt2）：為深灰、灰色中厚—厚層塊狀含燧石團(tuán)塊泥—粉晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r。

（7）二疊系中統(tǒng)龍?zhí)督M第三段（P₂lt3）：為褐黃、灰黃色薄到中厚層粉砂質(zhì)粘土巖、頁巖、細(xì)砂巖。上部巖質(zhì)粘土巖或劣質(zhì)煤。

（8）三疊系下統(tǒng)大冶組（T₁d）：為淺灰、灰、深灰色薄至中厚層粉晶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r。

（9）三疊系下統(tǒng)安順組（T₁a）：為淺灰、灰色中厚-厚層塊狀細(xì)-中晶白云巖。頂部間夾褐黃色、黃色薄至中厚層粉砂巖、粉砂質(zhì)粘土巖、細(xì)砂巖。

2.2地球物理特征

工作區(qū)的介質(zhì)的電性情況：工作區(qū)內(nèi)覆蓋層，斷層，灰?guī)r，白云巖，頁巖，煤層存在一定的電性（如電阻率或電導(dǎo)率等）差異，表現(xiàn)為電阻率大小不同。表層覆蓋層表現(xiàn)為低阻異常；較完整的灰?guī)r和白云巖表現(xiàn)為高阻異常；斷裂破碎帶因巖石破碎，充泥、充水等，電阻率相對(duì)圍巖降低，表現(xiàn)為低阻異常；頁巖、煤層表現(xiàn)為低阻異常；巖溶和采空區(qū)充水、充泥表現(xiàn)為低阻異常，沒充填表現(xiàn)為高阻異常。這為該區(qū)開展大地電磁法工作提供了良好的地球物理前提。但由于各.種介質(zhì)的電阻率除本身的電性特征外，還受多種外界因素的影響，如濕度，溫度，孔隙度等，所以通過其他資料的協(xié)助對(duì)該地區(qū)的地質(zhì)情況進(jìn)行針對(duì)性的分析，并完成最終解釋報(bào)告。

3.AMT的原理、資料處理及應(yīng)用

3.1原理

AMT是一種頻域電磁測(cè)深法。它根據(jù)電磁波不同頻率的趨膚深度達(dá)到測(cè)深目的，用測(cè)量相互正交的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量計(jì)算卡尼亞視電阻率。

式中：f—頻率；Ex—電場(chǎng)分量振幅；Hy—水平磁場(chǎng)分量振幅；AMT采用的天然場(chǎng)源，沿測(cè)線逐點(diǎn)觀測(cè)電場(chǎng)分量EX和與之正交的水平磁場(chǎng)分量HY振幅和相位，進(jìn)而計(jì)算卡尼亞視電阻率和阻抗相位。在音頻范圍內(nèi)接收不同頻率信號(hào)，完成頻率測(cè)深觀測(cè)。

3.2資料處理與反演

（1）資料預(yù)處理

AMT的資料預(yù)處理包括曲線的圓滑編輯，靜態(tài)校正以及為突出某些有用信息而作的特殊處理等。視電阻率與相位資料的編輯是由人機(jī)聯(lián)做來完成的。編輯時(shí)以排列為單位，根據(jù)同一排列中視電阻率曲線形態(tài)變化不大且具有相似性的特點(diǎn)進(jìn)行曲線對(duì)比編輯，保證了資料的編輯質(zhì)量，盡可能地減少人為因素對(duì)原始資料的影響。

在電磁法勘探中，只要測(cè)量時(shí)有電場(chǎng)分量，則靜態(tài)效應(yīng)總是存在。其基本原理是：感應(yīng)電流垂直穿過電性異常體時(shí)，在流入端和流出端會(huì)有電荷積累，兩端電荷量大小相等，符號(hào)相反，從而在周圍空間建立了一個(gè)靜電場(chǎng)，并疊加在觀測(cè)的電場(chǎng)分量中，使電場(chǎng)數(shù)據(jù)向上或向下移動(dòng)一個(gè)常數(shù)，因而視電阻率曲線也沿縱軸在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中發(fā)生上下平移，這種現(xiàn)象稱為靜態(tài)位移（如圖1所示）。

靜態(tài)效應(yīng)會(huì)使測(cè)深曲線定量解釋結(jié)果，無論電阻率或?qū)雍穸榷籍a(chǎn)生誤差；而在對(duì)視電阻率擬斷面圖作定性解釋時(shí)，會(huì)誤將靜態(tài)效應(yīng)推斷為陡立的深大斷裂或垂向大延深的異常體，因此，對(duì)靜態(tài)效應(yīng)作校正，消除或減小其影響，是AMT資料處理一項(xiàng)不可缺少的重要任務(wù)。靜態(tài)校正處理主要經(jīng)過曲線平移和空間濾波完成。

（2）資料反演

采用SCS2D軟件模塊對(duì)經(jīng)過數(shù)據(jù)編輯圓滑處理后以一維bostick反演結(jié)果作為初始模型進(jìn)行二維反演得到二維反演結(jié)果，將上述程序反演生成的模型電阻率斷面轉(zhuǎn)換成Surfer網(wǎng)格化文件（或其它格式的文件），經(jīng)編輯繪制成反演電阻率斷面圖，結(jié)合地質(zhì)資料進(jìn)行解釋分析。

4.AMT在貴陽軌道交通二號(hào)線隧道中的應(yīng)用

通過對(duì)該區(qū)AMT勘探，經(jīng)過資料處理，反演，最終得到一條二維反演地電斷面圖和地質(zhì)解釋剖面圖（圖2 二維反演、地質(zhì)解釋剖面圖）。通過二維反演我們可以快速、便捷、形象、直觀地顯示物探資料及其地質(zhì)解釋。根據(jù)電阻率值得大小和組合形態(tài)，在這條電性斷面圖上，可以看到一個(gè)區(qū)域性斷層構(gòu)造F和四個(gè)巖體破碎帶。通過對(duì)潛在隱患地帶增設(shè)三個(gè)驗(yàn)證鉆孔為后續(xù)的施工可能出現(xiàn)的涌水，突泥等危害提供了可靠的技術(shù)支持和工程保障。

5.結(jié)論

結(jié)合AMT反演地電斷面圖和地質(zhì)資料，能有效和快速的查明了場(chǎng)區(qū)內(nèi)不良地質(zhì)體的空間分布以及發(fā)育特征，為隧道的施工提供有力的地質(zhì)依據(jù)。表面AMT在隧道勘探方面是一種經(jīng)濟(jì)高效的手段，這對(duì)貴陽地區(qū)隧道勘察具有很好推廣意義。隨著科技的進(jìn)步，和資料處理的完善，相信AMT會(huì)在更多領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。